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패킷 교환

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목차

1. 개요

패킷 교환은 데이터를 작은 조각인 패킷으로 나누어 전송하는 기술로, 1960년대 초 폴 배런과 도널드 데이비스에 의해 독립적으로 연구되었다. 이는 회선 교환 방식에 비해 네트워크 자원 효율성을 높이고, 통신 안정성을 향상시키는 장점을 가진다. 패킷 교환은 데이터그램 방식과 가상 회선 방식으로 나뉘며, 인터넷, 근거리 통신망(LAN), 휴대폰 기술 등 다양한 분야에서 활용된다.

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패킷 교환

2. 역사





작은 데이터 블록을 교환하는 개념은 1960년대 초 미국 RAND Corporation의 폴 배런(Paul Baran)과 1965년 영국의 국립 물리 연구소(National Physical Laboratory, NPL)의 도널드 데이비스(Donald Davies)에 의해 처음으로 독립적으로 연구되었다.[6][7][8][9]

1950년대 후반, 미국 공군(US Air Force)은 반자동 지상 환경(Semi-Automatic Ground Environment, SAGE) 레이더 방어 시스템을 위한 광역 통신망(wide area network)을 구축했다. 이 네트워크의 취약점을 인식한 공군은 핵 공격에서 살아남아 대응을 가능하게 하여 적의 선제 공격 이점을 감소시킬 수 있는 시스템을 모색했다(상호 확증 파괴 참조).[10] 1960년대 초, 배런은 공군의 계획을 지원하기 위해 '분산 적응 메시지 블록 교환' 개념을 고안했다.[14][11] 이 개념은 1961년 여름 공군에 브리핑 B-265로 처음 제시되었고,[10] 이후 1962년 RAND 보고서 P-2626으로 출판되었으며,[12] 최종적으로 1964년 보고서 RM 3420으로 출판되었다.[13] 이 보고서들은 대규모, 분산, 생존 가능한 통신 네트워크를 위한 일반적인 아키텍처를 설명한다. 이 제안은 세 가지 핵심 아이디어로 구성되었다. 즉, 두 지점 사이에 여러 경로가 있는 분산 네트워크 사용, 사용자 메시지를 '메시지 블록'으로 분할, 그리고 이러한 메시지를 저장 후 전송 교환 방식으로 전달하는 것이다.[14][15]

옥스퍼드 대학교(University of Oxford) 최초의 계산학 교수였던 크리스토퍼 스트래치(Christopher Strachey)는 1959년 2월 영국에서 시분할에 대한 특허 출원을 했다.[19][20] 그 해 6월, 그는 유네스코 정보 처리 회의에서 "대형 고속 컴퓨터에서의 시분할"이라는 논문을 발표하여 이 개념을 J. C. R. Licklider에게 전달했다.[21][22] 리클라이더(존 매카시(John McCarthy (computer scientist))와 함께)는 시분할 개발에 중요한 역할을 했다. 1965년 리클라이더와 원격 컴퓨터를 이용한 시분할에 대한 대화를 나눈 후,[143][23] 데이비스는 고속 데이터 전송률로 짧은 고정 형식의 메시지를 사용하여 신속한 통신을 달성하는 유사한 데이터 통신 개념을 독립적으로 고안했다.[24] 그는 라우터(Router (computing))와 통신 프로토콜을 포함하는 계층적 고속 컴퓨터 네트워크를 위한 보다 진보된 설계를 개발했다.[25][26][27] 그는 '패킷 교환'이라는 용어를 만들었고, 영국에 상업적인 전국 데이터 네트워크를 구축할 것을 제안했다.[28][29] 그는 1966년에 이 제안에 대한 강연을 했고, 이후 영국 국방부(Ministry of Defence, MoD)의 한 사람이 배런의 작업에 대해 그에게 말했다.[30]

데이비스 팀의 일원이었던 로저 스캔틀버리(Roger Scantlebury)는 1967년 10월 운영 체제 원리에 관한 심포지엄(Symposium on Operating Systems Principles, SOSP)에서 그들의 작업(과 배런의 작업을 언급)을 발표했다.[27][31][32][33][34] 이 회의에서 스캔틀버리는 ARPANET에서 패킷 교환 사용을 제안했고, 로렌스 로버츠(Lawrence Roberts (scientist))에게 경제성이 메시지 교환에 유리하다고 설득했다.[35][36][58][37][38][39] 데이비스는 원래 네트워크 설계를 위해 배런과 동일한 매개변수를 선택했는데, 예를 들어 1024비트의 패킷 크기를 선택했다. 패킷 순열(동적으로 업데이트된 경로 선호도 때문)과 데이터그램 손실(빠른 소스가 느린 목적지로 전송할 때 불가피함)을 처리하기 위해 그는 "네트워크의 모든 사용자가 자체적으로 일종의 오류 제어를 제공할 것"이라고 가정하여[27] 종단간 원칙으로 알려지게 된 것을 발명했다. 데이비스는 NPL의 요구를 충족하고 패킷 교환의 실현 가능성을 증명하기 위해 연구소에 근거리 통신망을 구축할 것을 제안했다. 1969년 초의 파일럿 실험 후,[40][41][145][42] NPL 데이터 통신 네트워크는 1970년에 서비스를 시작했다.[43] 데이비스는 패킷 교환에 대한 일련의 강연을 하기 위해 일본에 초청되었다.[44] NPL 팀은 영국 전역에 걸쳐 데이터 통신을 제공하기 위해 데이터그램 및 네트워크 혼잡(Network congestion)에 대한 시뮬레이션 작업을 수행했다.[42][45][46][47][48]

로렌스 로버츠(Lawrence Roberts (scientist))는 ARPANET 구축을 위한 제안 요청서에서 핵심 결정을 내렸다.[49] 로버츠는 1967년 2월 배런을 만났지만 네트워크에 대한 논의는 하지 않았다.[50][51] 그는 프랭크 웨스터벨트(Frank Westervelt)에게 네트워크의 메시지 크기와 내용에 대한 질문을 탐구하고 "문자 및 블록 전송, 오류 검사 및 재전송, 컴퓨터 및 사용자 식별을 위한 규칙"을 포함하는 컴퓨터 간 통신 프로토콜에 대한 포지션 페이퍼를 작성하도록 요청했다.[52] 로버츠는 호스트 컴퓨터를 직접 연결하는 초기 설계를 웨슬리 A. 클라크(Wesley Clark)의 인터페이스 메시지 프로세서(Interface Message Processor, IMP)를 사용하여 메시지 교환 네트워크를 구축하는 아이디어를 통합하도록 수정했으며, 이를 SOSP에서 발표했다.[53][54][55][56] SOSP 직후, 그는 데이비스와 배런의 패킷 교환 개념과 설계를 통합하여 네트워크에서 데이터 통신을 가능하게 했다.[58][59][60][61]

로버츠와 동시대의 MIT 출신인 레너드 클레인록(Leonard Kleinrock)은 1961-62년에 박사 학위 논문을 위해 대기열 이론을 메시지 교환 분야에 적용하는 연구를 수행했으며, 1964년에 이를 책으로 출판했다.[62] 데이비스는 1966년 패킷 교환에 대한 논문에서,[25] 클레인록의 기법을 적용하여 인간 사용자의 만족스러운 응답 시간 측면에서 "[패킷 교환] 시스템의 예상 성능과 명시된 요구 사항 사이에 충분한 여유가 있다"는 것을 보여주었다.[63] 로렌스 로버츠는 1967년 초에 클레인록을 ARPANET 프로젝트에 비공식적으로 참여시켰다.[65] SOSP 이후, 그리고 로버츠가 패킷 교환을 사용하도록 지시한 후,[59] 클레인록은 배런의 의견을 구했고 배런과 RAND를 자문으로 유지할 것을 제안했다.[67][68][69] 1968년, 로버츠는 클레인록에게 UCLA에 ARPANET에서 패킷 교환의 성능을 측정하고 모델링하기 위한 네트워크 측정 센터(NMC)를 설립하는 계약을 수여했다.[67]

볼트 버라넥 & 뉴먼(Bolt Beranek & Newman, BBN)은 네트워크 구축 계약을 체결했다. 주로 밥 칸(Bob Kahn)이 설계한[71][72] 이 네트워크는 분산 제어를 갖춘 최초의 광역 패킷 교환 네트워크였다.[49] BBN의 "IMP Guys"는 라우팅 알고리즘, 흐름 제어, 소프트웨어 설계 및 네트워크 제어를 포함하여 네트워크 내부 작동의 중요한 측면을 독립적으로 개발했다.[73][74] 1970년, 클레인록은 메시지 교환에 대한 이전의 분석 작업을 ARPANET의 패킷 교환으로 확장했다.[78]

ARPANET은 1972년 10월 워싱턴에서 열린 국제 컴퓨터 통신 회의(International Conference on Computer Communication, ICCC)에서 시연되었다.[82][83]

로버츠는 1970년대 초에 통신 산업 전문가들에게 패킷 교환의 아이디어를 제시했다. ARPANET이 작동하기 전에 그들은 라우터 버퍼가 빠르게 소진될 것이라고 주장했다. ARPANET이 작동한 후 그들은 정부 보조금 없이는 패킷 교환이 결코 경제적이지 않을 것이라고 주장했다. 배런은 같은 거절에 직면했고, 1960년대에 군대를 설득하여 패킷 교환 네트워크를 구축하는 데 실패했다.[5]

CYCLADES 네트워크는 루이 푸생(Louis Pouzin)이 1970년대 초에 인터네트워킹을 연구하기 위해 설계했다.[86][87] 이것은 데이비스의 종단간 원칙을 구현하고, 네트워크 자체의 서비스가 아닌 패킷 교환 네트워크에서 호스트 컴퓨터가 데이터의 안정적인 전송을 담당하도록 한 최초의 네트워크였다.[88] 따라서 그의 팀은 최선형 서비스를 사용하는 동안 사용자 응용 프로그램에 안정적인 가상 회선 서비스를 제공하는 매우 복잡한 문제, 즉 전송 제어 프로토콜(Transmission Control Protocol, TCP)이 될 프로토콜에 대한 초기 기여를 처음으로 해결했다.[89]

1974년 5월, 빈트 서프(Vint Cerf)와 밥 칸(Bob Kahn)은 패킷 교환을 사용하여 노드 간에 리소스를 공유하기 위한 인터넷워킹 통신 프로토콜인 전송 제어 프로그램을 설명했다.[91] 그런 다음 TCP의 사양은 1974년 12월 빈트 서프, 요겐 달라(Yogen Dalal) 및 칼 선샤인에 의해 작성된 (''인터넷 전송 제어 프로그램 사양'')에 게시되었다.[92]

X.25 프로토콜은 레미 데프레(Rémi Després) 등이 개발했으며, 가상 회선 개념을 기반으로 구축되었다. 1970년대 중후반과 1980년대 초반에 프랑스, 영국, 일본, 미국 및 캐나다의 참여로 개발된 X.25를 사용하여 국가 및 국제 공공 데이터 네트워크가 등장했다. 이는 인터네트워킹을 가능하게 하기 위해 X.75로 보완되었다.[93]

1970년대 후반, 단일 전송 제어 프로그램은 인터넷 프로토콜(IP) 위에 전송 제어 프로토콜(TCP)로 계층화되었다. 많은 인터넷 개척자들이 이것을 인터넷 프로토콜 제품군과 1980년대에 등장한 관련 인터넷 아키텍처 및 거버넌스로 개발했다.[96][97][98][99][100][101]

1980년대와 1990년대 초반에 네트워크 엔지니어링 커뮤니티는 종종 프로토콜 전쟁으로 알려진 경쟁 프로토콜 제품군의 구현에 대해 양극화되었다.

금속 산화막 반도체(CMOS) VLSI(초고집적 회로) 기술은 1980년대1990년대 동안 고속 광대역 패킷 교환 개발로 이어졌다.[112][113][114]

데이터의 작은 블록을 전환하는(패킷 교환) 개념은 1960년대 초(1962년에 내부 제시, 1964년에 최종 제안)에 미국 공군의 싱크탱크인 랜드 연구소의 폴 배런(Paul Baran)과, 1965년에 영국 국립 물리학 연구소의 도널드 데이비스(Donald Davies)가 각각 독립적으로 제창했다.[273][274]

두 연구는 이론적으로는 거의 동일하지만, 개발 경위와 그 배경에 있던 조건은 크게 달랐다. 배런의 제창의 목적이 "핵전쟁 하"에서의 통신의 생존이었던 반면, 데이비스의 연구의 목적은 통신의 품질 개선이었다. 배런은 1961년에 공군으로부터 핵전쟁 하에서의 통신 수단의 생존을 검토하도록 의뢰받았다. 배런은 "파괴된 통신 시설"을 사용하는 것을 전제 조건으로 "중앙 노드를 설치하지 않음", "정보를 디지털로 대체", "데이터를 1024bit 덩어리로 분할", "데이터는 어떤 경로를 거쳐도 상관없음" 등을 골자로 하는 논문을 제시했다. 이것이 ''[http://www.rand.org/pubs/papers/2005/P2626.pdf 분산형 통신 네트워크]''("On Distributed Communications Networks.")이다.

한편, 데이비스는 장래에 예상될 수 있는 트래픽의 증가, 통신되는 데이터의 품질 향상 등을 시야에 넣고, 이에 적합한 통신 방법을 모색했는데, 놀랍게도, 도달한 결론은 배런의 그것과 같았다. 유일하게 데이비스가 이 통신 방식에 독자적인 특징을 남긴 점이 있다면, 분할된 데이터에 "소포"를 의미하는 "'''패킷'''"이라는 이름을 부여한 점이다.

배런의 연구는 통신망을 장악하고 있던 AT&T에 제안했지만 거절당했고, 공군에 채택되지 않아 오랫동안 잊혀졌다. 한편 ARPANET에 "패킷 통신"이라는 통신 수단을 제공한 것은 데이비스의 연구였다.

2. 1. 초기 네트워크

도널드 데이비스의 데이터 통신 및 컴퓨터 네트워크 설계에 대한 연구는 미국, 유럽 및 일본에서 널리 알려졌으며, 그 후 10년 동안 수많은 패킷 교환 네트워크에 영감을 준 "기초"가 되었다.[134][135][136][137][138][139][146][44]

패킷 교환 네트워크의 역사는 세 가지 시대로 나눌 수 있다. 즉, X.25가 도입되기 전의 초기 네트워크, 많은 우편, 전화, 전신 (PTT) 회사가 X.25 인터페이스를 갖춘 공중 데이터망을 제공했던 X.25 시대, 그리고 처음에는 OSI 모델과 인터넷 시대가 경쟁했던 시대이다.[140][141][142]

영국 국립 물리 연구소(NPL)에서 패킷 교환에 대한 연구는 1965년 광역 네트워크 제안으로 시작되었고,[143] 1966년에는 근거리 통신망 제안이 이어졌다.[144] 로버트 테일러(밥 테일러)는 1966년 ARPANET 자금을 확보했고, 1967년 로렌스 로버츠(래리 로버츠)를 고용하면서 계획이 시작되었다. NPL 네트워크는 ARPANET에 이어 1969년에 가동되었으며, 패킷 교환을 사용한 최초의 두 네트워크가 되었다.[41][145]

1976년 X.25가 도입되기 전,[147] 약 20개의 서로 다른 네트워크 기술이 개발되었다. 네트워크 기술에는 AppleTalk, CYCLADES, DECnet, X.25 등이 있었다.

두 가지 근본적인 차이점은 네트워크 가장자리에 있는 호스트와 네트워크 코어 간의 기능 및 작업 분할과 관련이 있었다. 종단간 원칙에 따라 작동하는 데이터그램 시스템에서 호스트는 패킷의 순차적 전달을 보장할 책임이 있다. 가상 호출 기능 시스템에서 네트워크는 호스트에 데이터의 순차적 전달을 보장한다. 이것은 더 간단한 호스트 인터페이스를 제공하지만 네트워크를 복잡하게 만든다. X.25 프로토콜 제품군은 이 네트워크 유형을 사용한다.

  • '''ARPANET''': 인터넷의 시조 네트워크이자 ARPA의 SATNET과 함께 패킷 교환 기술을 사용하여 TCP/IP 제품군을 실행한 최초의 네트워크 중 하나였다.
  • '''AppleTalk''': 1985년 애플(Apple Inc.)이 애플 매킨토시 컴퓨터를 위해 개발한 독점적인 네트워킹 프로토콜 제품군이다. 1980년대와 1990년대 동안 애플 기기에서 사용되는 주요 프로토콜이었다. AppleTalk는 중앙 집중식 라우터나 서버 없이도 ''애드혹'' 방식으로 근거리 통신망을 구축할 수 있는 기능을 포함했다. AppleTalk 시스템은 자동으로 주소를 할당하고, 분산 네임스페이스를 업데이트하며, 필요한 모든 인터네트워킹을 구성했다. 이것은 플러그 앤 플레이 시스템이었다.[148][149] AppleTalk 지원은 2009년에 종료되었다.[148][150]
  • '''BNRNET''': 벨노던 연구소(Bell-Northern Research)가 내부적으로 사용하기 위해 개발한 네트워크였다. 처음에는 하나의 호스트만 있었지만, 여러 호스트를 지원하도록 설계되었다. BNR은 이후 CCITT X.25 프로젝트에 크게 기여했다.[151]
  • '''케임브리지 링''': 케임브리지 대학교 컴퓨터 연구소에서 개발한 실험적인 링 네트워크이다. 1974년부터 1980년대까지 운영되었다.
  • '''컴퓨서브''': 미국 전역(이후 다른 국가로 확대)에 설치되어 상호 연결된 네트워크 노드 역할을 하는 DEC PDP-11 미니컴퓨터를 기반으로 자체적인 패킷 교환 네트워크를 개발했다.
  • '''CYCLADES''': 루이 푸쟁이 설계하고 지휘한 프랑스 연구 네트워크였다. 1973년에 처음 시연되었으며, 초기 ARPANET 설계의 대안을 모색하고 전반적인 네트워크 연구를 지원하기 위해 개발되었다. 이는 종단간 원칙을 사용하고 네트워크 자체가 아닌 호스트가 데이터의 신뢰할 수 있는 전송을 책임지도록 한 최초의 네트워크였다.
  • '''DECnet''': 디지털 이큅먼트 코퍼레이션(Digital Equipment Corporation)에서 개발한 네트워크 프로토콜 모음으로, 1975년에 처음 출시되었다.[154] 이는 최초의 피어 투 피어 네트워크 아키텍처 중 하나로 발전하여 1980년대에 DEC를 네트워킹 강자로 변모시켰다.
  • '''DDX-1''': 일본 전신 전화(Nippon Telegraph and Telephone, 약칭 NTT)의 실험적인 네트워크였다. 이는 회선 교환 방식과 패킷 교환 방식을 혼합한 형태였다. DDX-2가 이를 계승했다.[155]
  • '''유럽 정보 네트워크(EIN)''': 1971년에 영국, 프랑스, 이탈리아, 스위스 및 유라톰의 네트워크를 연결하기 위한 프로젝트였다. 데릭 바버(Derek Barber)가 프로젝트를 이끌었고, 로저 스캔틀버리(Roger Scantlebury)가 영국 기술 기여를 이끌었다. 둘 다 영국 국립 물리 연구소(NPL) 출신이었다.[156][157][158][159] 1973년에 작업이 시작되었고, NPL 네트워크와 CYCLADES를 연결하는 노드를 포함하여 1976년에 운영되었다.[160] EIN은 1979년에 유로넷으로 대체되었다.[165]
  • '''실험적 패킷 교환 서비스(EPSS)''': 영국 우체국 통신의 실험이었다. 1976년에 운영을 시작했을 때 영국 최초의 공중 데이터 네트워크였다.[166]
  • '''제너럴 일렉트릭 정보 서비스(GEIS)''': 제너럴 일렉트릭(General Electric)의 주요 국제 정보 서비스 제공업체였다. 1965년, 워너 신백의 주도로 이 음성 전화 네트워크를 기반으로 한 데이터 네트워크가 설계되었다.
  • '''IPSANET''': I. P. Sharp Associates가 자사의 시분할 고객에게 서비스를 제공하기 위해 구축한 반사적 네트워크였다. 1976년 5월에 운영을 시작했다.[172]
  • '''인터네트워크 패킷 교환 (IPX)''' 및 '''순차 패킷 교환(SPX)''': 1980년대에 노벨이 개발한 네트워킹 프로토콜로, 1970년대의 제록스 네트워크 시스템의 IDP 및 SPP 프로토콜에서 파생되었다. IPX/SPX는 주로 노벨 넷웨어 운영 체제를 사용하는 네트워크에서 사용되었다.
  • '''Merit Network''': 미시간 주립 대학교에서 관리하는 독립적인 비영리 단체이다.[174] 1966년 미시간 주 교육 및 경제 발전에 기여하기 위한 목적으로 설립되었다.[175] 미국 국립 과학 재단 (NSF)의 초기 지원을 받아 패킷 교환 네트워크는 1971년 12월 처음 시연되었다.[176]
  • '''영국 국립 물리 연구소(National Physical Laboratory (United Kingdom), NPL)''': 도널드 데이비스는 1965년에 패킷 교환을 기반으로 하는 국가 상업 데이터 네트워크를 설계하고 제안했다.[178][179] 1969년에 NPL은 ARPANET에 이어 패킷 교환을 사용한 최초의 두 네트워크가 되었다.[183][145]
  • '''옥토퍼스''': 로렌스 리버모어 국립 연구소의 근거리 통신망이었다. 이 네트워크는 연구소 내의 다양한 호스트들을 대화형 터미널 및 대용량 저장 시스템을 포함한 여러 컴퓨터 주변 장치에 연결했다.[188][189][190]
  • '''필립스 연구소''': 서리주 레드힐에서 내부 사용을 위한 패킷 교환 네트워크를 개발했다. 이것은 단일 스위칭 노드를 가진 데이터그램 네트워크였다.[191]
  • '''PARC 유니버설 패킷 (PUP 또는 펍)''': 1970년대 중반 제록스 PARC 연구원들이 개발했다. 추가 개발을 통해 제록스 네트워크 시스템즈(XNS)로 이어졌다.[192]
  • '''RCP''': 프랑스 우편전신전화부(Postes, Télégraphes et Téléphones, PTT)가 만든 실험적인 네트워크였다. RCP는 트랜스팩(데이터 네트워크)(TRANSPAC)의 규격이 확정되기 전에 패킷 교환 기술에 대한 경험을 쌓기 위해 사용되었다.[234] RCP는 가상 회선 네트워크였으며, 데이터그램을 기반으로 한 CYCLADES와 대조를 이룬다. RCP는 트랜스팩 및 기타 공공 데이터 네트워크에 적용된 X.25 규격에 영향을 미쳤다.[193][194][195]
  • '''레드 에스페셜 데 트랜스미시온 데 데이토스(RETD)''': 스페인 국립 전화 회사(Compañía Telefónica Nacional de España)에서 개발한 네트워크이다. 1972년에 운영을 시작했으며 최초의 공공 네트워크가 되었다.[196][197][198][199]
  • '''SCANNET''': 1970년대에 북유럽 기술 도서관에서 실험적인 패킷 교환 북유럽 통신 네트워크인 SCANNET이 구현되었다.
  • '''SITA''': 항공사 컨소시엄이다. SITA의 HLN(High Level Network, 고수준 네트워크)은 1969년에 가동되었다. 패킷 교환 네트워크처럼 작동하도록 구성되었지만,[143] 여전히 메시지 교환 방식을 사용했다.[201][202]
  • '''과학 연구 위원회(SRC) 네트워크''': 1970년대 초 영국에서 여러 컴퓨터 시설이 개발되었다. 각 시설은 자체적인 스타 네트워크를 가지고 있었으며, 서로 상호 호환되지 않고 중복되었다.[203][204][205] 1981년, SRC는 과학 및 공학 연구 위원회(SERC)로 개칭되었다. 1980년대 초반에 SERCnet 연구 네트워크의 확장을 기반으로 한 컬러드 북 프로토콜을 기반으로 하는 표준화 및 상호 연결 노력이 시작되었고, 이후 JANET으로 발전했다.[206][207][208]
  • '''시스템 네트워크 아키텍처(SNA)''': 1974년에 IBM이 만든 독점적인 네트워킹 아키텍처이다. IBM 고객은 IBM에서 하드웨어와 소프트웨어를 구매하고, 통신 사업자로부터 전용 회선을 임대하여 사설 네트워크를 구축할 수 있었다.[209]
  • '''텔레넷''': 미국 최초의 공중 데이터 통신망으로 연방 통신 위원회의 허가를 받았다. 텔레넷은 1973년에 설립되어 1975년에 운영을 시작했다.[210]
  • '''Tymnet''': 1969년에 미니컴퓨터를 기반으로 하는 네트워크를 설치하여 시분할 단말기를 중앙 컴퓨터에 연결하기 시작했다. 이 네트워크는 [축적 교환](store-and-forward) 방식을 사용했으며, [음성 등급](voice-grade) 회선을 사용했다.
  • '''오스트팩(AUSTPAC)''': 텔스트라(Telstra)가 운영하는 호주의 공공 X.25 네트워크였다. 1980년대 초에 설립된 오스트팩은 호주 최초의 공공 패킷 교환 데이터 네트워크였다.[213]
  • '''ConnNet''': 사우스 뉴잉글랜드 전화 회사(Southern New England Telephone Company)가 운영했으며 코네티컷 주에 서비스를 제공하는 네트워크였다.[214][215] 1985년 3월 11일에 출시된 이 네트워크는 미국 최초의 지역 공중 패킷 교환 네트워크였다.[216]
  • '''Datanet 1''': 네덜란드 PTT 텔레콤(현재는 KPN)에서 운영하는 공중 교환 데이터 네트워크였다.
  • '''DATAPAC''': 최초의 운영 X.25 네트워크(1976년)였다.[218] 이 네트워크는 캐나다 주요 도시를 커버했으며, 결국 소규모 지역까지 확장되었다.
  • '''데이터익스-피(Datex-P)''': 독일 연방 우체국은 독일에서 '''데이터익스-피'''(Datex-P) 전국망을 운영했다. 이 기술은 노던 텔레콤으로부터 도입되었다.[219]
  • '''에어팩''': X.25 및 X.28을 지원하는 아일랜드 공중 교환 데이터 네트워크이다. 1984년에 유로넷을 대체하여 출시되었다. 에어팩은 에이컴에서 운영한다.[220][221][222]
  • '''유로넷''': 1975년, 유럽 경제 공동체 9개 회원국은 로지카와 프랑스 회사 SESA와 함께 가상 회선을 형성하기 위해 X.25 프로토콜을 사용하여 ''유로넷'' 개발을 수행하기 위한 합작 투자를 체결했다. 이는 EIN을 대체하기 위한 것이었고, 1979년에는 여러 유럽 국가를 연결하는 네트워크를 구축하여 1984년 네트워크가 각국 통신 회사에 넘겨질 때까지 운영되었다.[223][224]
  • '''히타치''': 다국적 기업에 턴키 패키지 형태로 판매할 사설 네트워크 시스템을 설계했다. X.25 [패킷 교환]을 제공하는 것 외에도 메시지 교환 소프트웨어도 포함되었다.
  • '''이베르팩''': 스페인의 공공 패킷 교환 네트워크로, X.25 서비스를 제공했다. 1972년부터 운영된 RETD를 기반으로 했다. 이베르팩은 텔레포니카에 의해 운영되었다.
  • '''국제 패킷 교환 서비스(IPSS)''': 1978년, X.25는 최초의 국제 상업용 패킷 교환망인 IPSS를 제공했다.
  • '''JANET''': 1984년 출범 이후 영국의 모든 대학교, 고등 교육 기관 및 공공 자금 지원 연구소를 연결하는 영국의 학술 및 연구 네트워크였다.[227]
  • '''패킷 교환 스트림 (PSS)''': 우체국 통신 (후에 브리티시 텔레콤이 됨)의 전국적인 X.25 네트워크였다.
  • '''REXPAC''': 브라질의 전국적인 실험적 패킷 교환 데이터 네트워크로, 국영 통신 사업자인 텔레브라스(Telebrás)의 연구 개발 센터에서 개발되었다.[229]
  • '''SITA''': 1981년에 X.25를 채택하여 세계에서 가장 광범위한 패킷 교환 네트워크가 되었다.[230][231][232]
  • '''TRANSPAC''': 프랑스의 국가 X.25 네트워크였다.[233] 캐나다의 DATAPAC과 거의 같은 시기에 현지에서 개발되었다. 1978년에 운영을 시작하여 상업 사용자와 미니텔이 시작된 후에는 소비자를 대상으로 서비스를 제공했다.[235]
  • '''타임넷''': X.25, SNA/SDLC, BSC 및 ASCII 인터페이스를 포함한 가상 호출 패킷 교환 기술을 활용하여 수천 개의 대기업, 교육 기관 및 정부 기관의 호스트 컴퓨터(서버)를 연결했다.
  • '''UNINETT''': 노르웨이 대학교, 연구 기관 및 노르웨이 통신 행정부의 공동 노력을 통해 설립된 광역 노르웨이 패킷 교환 네트워크였다.
  • '''VENUS-P''': 1982년 4월부터 2006년 3월까지 운영된 국제 X.25 네트워크였다. 1999년 구독자 수가 최고조에 달했을 때 VENUS-P는 87개국 207개의 네트워크를 연결했다.[239]
  • '''제록스 네트워크 시스템즈(XNS)''': 제록스가 제정한 프로토콜 스위트로, 라우팅 및 패킷 전달뿐만 아니라 신뢰성 있는 스트림 및 원격 프로시저 호출과 같은 상위 레벨 기능을 제공했다. 이는 PARC 유니버설 패킷(PUP)에서 개발되었다.

2. 2. X.25 시대

1970년대 후반부터 1980년대까지 X.25 프로토콜 기반의 공중 데이터망이 전 세계적으로 확산되었다.[140][141][142] 도널드 데이비스의 데이터 통신 및 컴퓨터 네트워크 설계 연구는 미국, 유럽, 일본에서 널리 알려져 이후 10년간 수많은 패킷 교환 네트워크에 영감을 주었다.[134][135][136][137][138][139][146][44]

CCITT SGVII X25 옹호자들


DATAPAC과 TRANSPAC과 같이 일부 네트워크는 처음에 X.25 외부 인터페이스로 구현되었다. 최초의 운영 X.25 네트워크는 1976년 가동된 DATAPAC 이었다.[218] TELENET 및 TYMNET과 같은 일부 구형 네트워크는 이전 호스트 연결 방식 외에도 X.25 호스트 인터페이스를 제공하도록 수정되었다. X.75 및 X.121은 국가 X.25 네트워크의 상호 연결을 허용했다.

호주의 공공 X.25 네트워크인 오스트팩(AUSTPAC)은 텔스트라(Telstra)가 운영하였다.[213] 1980년대 초에 설립된 오스트팩은 호주 최초의 공공 패킷 교환 데이터 네트워크였으며, 온라인 베팅, 금융 애플리케이션(호주 국세청은 오스트팩을 사용했다), 학술 기관에 대한 원격 터미널 접속과 같은 애플리케이션을 지원했다.[213]

프랑스의 TRANSPAC[233], 네덜란드의 Datanet 1, 독일 연방군의 네트워크, 아일랜드의 Eirpac, 스페인의 Iberpac, 일본의 VENUS-P, 영국의 PSS, 베네수엘라의 베네팩(Venepaq) 등 다양한 국가에서 X.25 네트워크가 구축되어 운영되었다.

2. 3. 인터넷 시대

인터넷 연결이 ISP 구독료를 지불할 수 있는 모든 사람에게 제공되면서, 국가 네트워크 간의 구분이 모호해졌다.[242] 사용자는 더 이상 DNIC와 같은 네트워크 식별자를 보지 않게 되었다. 회선 교환과 같은 일부 오래된 기술은 고속 패킷 교환과 같은 새로운 이름으로 다시 등장했다.[242]

NSFNET 트래픽 1991, NSFNET 백본 노드가 상단, 지역 네트워크가 하단에 표시되며, 트래픽량은 보라색(0바이트)에서 흰색(1,000억 바이트)까지 표시되며, Merit Network에서 제공하는 트래픽 데이터를 사용하여 NCSA에서 시각화한다.


1981년, 미국 국립 과학 재단(NSF)의 지원을 받은 컴퓨터 과학 네트워크(CSNET)가 운영을 시작했다.[243][244] CSNET은 자금 부족이나 승인 제한으로 ARPANET에 직접 연결될 수 없는 학술 및 연구 기관에 네트워킹 혜택을 제공하며, 전국적인 네트워킹 접근성 확산에 기여하고 글로벌 인터넷 개발의 중요한 이정표가 되었다.

Internet2는 연구 및 교육 커뮤니티, 산업계, 정부 구성원이 주도하는 미국의 비영리 컴퓨터 네트워크 컨소시엄이다.[245] 1998년, Internet2 커뮤니티는 Qwest와 협력하여 최초의 Internet2 네트워크인 Abilene을 구축하고, National LambdaRail(NLR) 프로젝트의 주요 투자자로 참여했다.[246] 2006년에는 Level 3 Communications와의 파트너십을 통해 네트워크 용량을 10Gbit/s에서 100Gbit/s로 확장했다.[247] 2007년 10월, Abilene은 공식적으로 폐지되었고, 새로운 고용량 네트워크는 Internet2 네트워크로 불린다.

국립 과학 재단 네트워크(NSFNET)는 1985년부터 미국 내 고급 연구 및 교육 네트워킹을 장려하기 위해 NSF가 후원한 프로그램이자, 56kbit/s, 1.5Mbit/s(T1), 45Mbit/s(T3) 속도로 운영되는 전국 백본 네트워크의 이름이었다.[248] NSFNET은 연구자들을 슈퍼컴퓨팅 센터에 연결하고, 나아가 인터넷 백본의 주요 부분이 되었다. NSFNET은 5곳의 슈퍼컴퓨터 센터 외에도 11개의 지역 네트워크에 연결을 제공했으며, 여기에는 다음이 포함된다.

  • 캘리포니아주 팔로알토의 베이 에어 지역 연구 네트워크(BARRNet)
  • 캘리포니아주 샌디에이고의 캘리포니아 교육 연구 연합 네트워크(CERFnet)
  • 미시간주 앤아버의 Merit Network를 통한 협력 기관 위원회(CICNet) 네트워크
  • 1966년에 설립된 미시간주 앤아버의 Merit/MichNet[252]
  • 네브래스카주 링컨의 MIDnet
  • 매사추세츠주 케임브리지의 뉴잉글랜드 학술 연구 네트워크(NEARNET)
  • 워싱턴주 시애틀의 NorthWestNet
  • 뉴욕주 이타카의 뉴욕주 교육 연구 네트워크(NYSERNet)
  • 뉴저지주 프린스턴의 존 폰 노이만 국립 슈퍼컴퓨터 센터 네트워크(JVNCNet)
  • 텍사스주 휴스턴의 Sesquicentennial Network(SESQUINET)
  • 메릴랜드주 컬리지파크의 SURAnet
  • 유타주 솔트레이크시티와 콜로라도주 볼더의 Westnet


내셔널 람다레일(NRL)은 2003년 9월에 출범한 12,000마일의 고속 전국 컴퓨터 네트워크로, 최초의 대륙 횡단 10기가비트 이더넷 네트워크였다.[255][256] NRL은 최대 1.6Tbit/s의 집선 용량과 40Gbit/s의 비트 전송률로 운영되었으나,[255][256] 2014년 3월 운영을 중단했다.

TransPAC2와 TransPAC3는 아시아 태평양 지역의 연구 및 교육 네트워크를 미국의 네트워크와 연결하는 고속 국제 인터넷 서비스이다.[257] TransPAC은 NSF의 국제 연구 네트워크 연결(IRNC) 프로그램의 일부이다.[258]

초고속 백본 네트워크 서비스(vBNS)는 1995년 4월 NSF 후원 프로젝트로 시작되어, 슈퍼컴퓨팅 센터와 특정 접근 지점 간의 고속 상호 연결을 제공했다.[259] 1998년까지 vBNS는 100개 이상의 기관을 OC-12 백본으로 연결했으며, 1999년에는 최초의 생산 OC-48 IP 링크를 설치하고 전체 백본을 업그레이드했다.[260] 1999년 6월, MCI 월드컴은 vBNS+를 도입하여 NSF 지원을 받지 않는 기관도 네트워크에 접속할 수 있도록 했다.[261] NSF 협약 만료 후, vBNS는 주로 정부에 서비스를 제공했으며, 대부분의 대학 및 연구 센터는 Internet2로 이전했다. 2006년 1월, MCI(MCI Inc.)와 버라이존(Verizon)의 합병으로,[262] vBNS+는 버라이존 비즈니스(Verizon Business)의 서비스가 되었다.[263]

3. 교환 기술

패킷 교환은 하나의 파일을 작은 데이터 조각으로 나누고, 각 조각에 발신지 및 목적지 주소를 추가하여 패킷을 만든다. 각 패킷은 독립적으로 라우팅되며, 목적지에서 원래 파일로 재조립된다.

네트워크를 통한 패킷 교환의 데이터그램 유형을 보여주는 GIF 애니메이션


패킷 교환은 회선 교환과 대조된다. 회선 교환은 각 통신 세션에 대해 전용 네트워크 대역폭을 미리 할당하는 방식이다.

패킷 교환은 크게 비연결형 패킷 교환 (데이터그램 교환)과 연결형 패킷 교환 (가상 회선 교환)으로 분류할 수 있다.

=== 데이터그램 방식 ===

데이터그램 방식은 관련된 패킷이라도 개별적으로 전송하는 방식이다. 각 패킷은 목적지 주소, 출발지 주소 및 포트 번호를 포함하며, 패킷마다 가는 경로가 다를 수 있고, 망의 상황에 따라 경로가 변경될 수 있다. 패킷의 도착 순서가 바뀔 수 있어 순서 재조정이 필요하다. Call Setup 과정이 필요 없어 오버헤드가 적다. 망 자원이 바쁠 경우 다른 경로로 보내기 때문에 망 운용에 융통성이 있고, 망이 고장 났을 때 최적화된 경로를 찾아갈 수 있어 신뢰성이 높다.

데이터그램 방식은 비연결형 패킷 교환으로 분류될 수 있으며, 이더넷, 인터넷 프로토콜(IP), 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP) 등이 이에 해당한다. 목적지에서는 패킷 시퀀스 번호를 기반으로 원래 메시지를 올바른 순서로 재조립한다.

=== 가상 회선 방식 ===

가상 회선 방식은 관련된 모든 패킷을 같은 경로로 전송하는 방식이다. 가상 번호를 기반으로 가상 회선을 구현하며, Call Setup이 필요하다. Call Setup은 라우팅 테이블에 등록하는 과정으로, 회선 교환망의 Call Setup과는 다르다.

데이터를 전송하기 전에 Call Setup을 통해 라우팅 테이블이 등록된다. 회선 교환망처럼 회선을 전용하지 않기 때문에 각 패킷마다 경로를 지정할 필요는 없지만, 데이터그램이 들어올 때는 경로를 지정해야 한다.

보낼 데이터가 많아도 Call Setup을 한 번만 하면 되므로 효율적이다. 각 노드에서 처리 시간이 적게 소요되고, 패킷이 출발한 순서대로 도착하므로 오류 제어가 쉽다. 하지만 Call Setup에 대한 오버헤드가 존재한다.

연결형 시스템에는 X.25, 프레임 릴레이, 다중 프로토콜 레이블 스위칭(MPLS), TCP 등이 있다. 연결형 전송은 패킷을 전송하기 전 통신 매개변수를 설정하기 위한 설정 단계가 필요하며, 신호 프로토콜을 통해 요구 사항을 지정하고 링크 매개변수를 발견하며 서비스 매개변수에 대한 허용 가능한 값을 협상할 수 있다. 전송된 패킷에는 주소 정보 대신 연결 식별자가 포함될 수 있으며, 패킷 헤더는 이 코드와 길이, 타임스탬프 또는 시퀀스 번호와 같이 서로 다른 패킷에 대해 다른 정보만 포함하면 되므로 더 작을 수 있다.

3. 1. 데이터그램 방식

데이터그램 방식은 관련된 패킷이라도 개별적으로 전송하는 방식이다. 각 패킷은 목적지 주소, 출발지 주소 및 포트 번호를 포함하며, 패킷마다 가는 경로가 다를 수 있고, 망의 상황에 따라 경로가 변경될 수 있다. 패킷의 도착 순서가 바뀔 수 있어 순서 재조정이 필요하다. Call Setup 과정이 필요 없어 오버헤드가 적다. 망 자원이 바쁠 경우 다른 경로로 보내기 때문에 망 운용에 융통성이 있고, 망이 고장 났을 때 최적화된 경로를 찾아갈 수 있어 신뢰성이 높다.

데이터그램 방식은 비연결형 패킷 교환으로 분류될 수 있으며, 이더넷, 인터넷 프로토콜(IP), 사용자 데이터그램 프로토콜(UDP) 등이 이에 해당한다. 목적지에서는 패킷 시퀀스 번호를 기반으로 원래 메시지를 올바른 순서로 재조립한다.

3. 2. 가상 회선 방식

가상 회선 방식은 관련된 모든 패킷을 같은 경로로 전송하는 방식이다. 가상 번호를 기반으로 가상 회선을 구현하며, Call Setup이 필요하다. Call Setup은 라우팅 테이블에 등록하는 과정으로, 회선 교환망의 Call Setup과는 다르다.

데이터를 전송하기 전에 Call Setup을 통해 라우팅 테이블이 등록된다. 회선 교환망처럼 회선을 전용하지 않기 때문에 각 패킷마다 경로를 지정할 필요는 없지만, 데이터그램이 들어올 때는 경로를 지정해야 한다.

보낼 데이터가 많아도 Call Setup을 한 번만 하면 되므로 효율적이다. 각 노드에서 처리 시간이 적게 소요되고, 패킷이 출발한 순서대로 도착하므로 오류 제어가 쉽다. 하지만 Call Setup에 대한 오버헤드가 존재한다.

패킷 교환은 비연결형 패킷 교환 (데이터그램 교환)과 연결형 패킷 교환 (가상 회선 교환)으로 분류할 수 있다. 연결형 시스템에는 X.25, 프레임 릴레이, 다중 프로토콜 레이블 스위칭(MPLS), TCP 등이 있다. 연결형 전송은 패킷을 전송하기 전 통신 매개변수를 설정하기 위한 설정 단계가 필요하며, 신호 프로토콜을 통해 요구 사항을 지정하고 링크 매개변수를 발견하며 서비스 매개변수에 대한 허용 가능한 값을 협상할 수 있다. 전송된 패킷에는 주소 정보 대신 연결 식별자가 포함될 수 있으며, 패킷 헤더는 이 코드와 길이, 타임스탬프 또는 시퀀스 번호와 같이 서로 다른 패킷에 대해 다른 정보만 포함하면 되므로 더 작을 수 있다.

4. 패킷의 구성

패킷은 전송하고자 하는 데이터의 한 블록(페이로드, 페이로드/Payload영어) 과 주소지 정보(발신지 주소, 목적지 주소), 관리정보(헤더, 헤더/Header영어, IPv6에서와 같이 망이 패킷을 목적지까지 전달하는데 필요한) 로 구성된다. 각각의 패킷은 일정한 헤더가 필요하며 패킷은 적절한 크기로 나뉜다.

5. 장점

패킷 교환은 네트워크 자원을 패킷 단위로 나누어 시간을 공유하므로 회선 효율성이 높다.[56] 트래픽이 많을 때, 회선 교환 방식은 네트워크 부하가 감소할 때까지 요청을 차단하지만, 패킷 교환 방식은 저장 후 전달(Store-and-Forward) 방식을 사용하므로 각 스테이션에 맞게 속도를 조절할 수 있다.[56] 이는 전송 지연을 줄이고 통신 안정성을 높인다.[56]

패킷 교환은 채널 용량의 사용을 최적화하고 강건성을 높이는 데 사용된다.[56] 명시적인 예약 대신 사용량에 따라 채널 용량을 할당하여 활용도가 낮은 예약으로 인한 용량 낭비를 줄일 수 있다. TCP 혼잡 제어는 일반적으로 IP 네트워크에서 연결 간 용량을 동적으로 협상하는 데 사용된다. 또한, 노드에 장애가 발생하더라도 패킷이 장애 지점을 우회하도록 라우팅될 수 있어 연결을 중단할 필요가 없다.

여러 단말 장치가 전송로와 교환 설비를 공유할 수 있어 이용 효율이 높다. 데이터가 한 번 축적되므로 서로 다른 속도의 단말 장치 간의 통신이 용이하며, 전송로와 교환 설비가 여러 개 연결된 경우, 통신 중 동적인 경로 선택이 용이하여 장애에 강하다. 데이터를 한 번 축적하며, 오류가 감지된 경우 재전송을 요청할 수 있어, 데이터 오류가 없는 통신을 제공할 수 있다.

6. 응용

패킷 교환은 인터넷과 대부분의 근거리 통신망(LAN)에서 사용된다.[56] 인터넷은 다양한 링크 계층 기술을 사용하여 인터넷 프로토콜 스위트에 의해 구현된다. 예를 들어, 이더넷과 프레임 릴레이가 일반적이다. 새로운 휴대폰 기술(예: GSM, LTE) 또한 패킷 교환을 사용한다.[56]

X.25는 1976년 국제 CCITT 표준으로, 사용자에게 흐름 제어가 적용된 가상 회선 서비스를 제공하여 데이터 순서를 유지하면서 가변 길이 패킷을 안정적으로 전송한다.[233] 캐나다의 DATAPAC은 X.25를 지원하는 최초의 공용 네트워크였으며, 프랑스의 TRANSPAC이 그 뒤를 이었다.[233]

비동기 전송 모드(ATM)는 가상 회선 기술이지만, X.25와 달리 작고 고정 길이의 패킷(셀 릴레이)을 사용하고 네트워크가 사용자에게 흐름 제어를 적용하지 않는다.

MPLS 및 자원 예약 프로토콜(RSVP)과 같은 기술은 데이터그램 네트워크 위에 가상 회선을 생성한다. MPLS와 그 이전 기술, 그리고 ATM은 "고속 패킷" 기술이라고 불려왔다. 실제로 MPLS는 "셀이 없는 ATM"이라고 불려왔다.[133] 가상 회선은 특히 강력한 장애 조치 메커니즘을 구축하고 지연에 민감한 애플리케이션을 위한 대역폭을 할당하는 데 유용하다.

7. 같이 보기

참조

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